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Páginas: 18 (4254 palabras)
Publicado: 4 de septiembre de 2013
Campo eléctrico, Energía Potencial Eléctrica y Voltaje
Campo Eléctrico
La idea de campo eléctrico es una idea muy importante y útil a la vez que fácil de comprender. Basta con mirar lo que ya hemos estudiado con respecto a la gravedad, y ver cómo se ha desarrollado la idea de campo gravitacional.
Cuando resolvimos problemas con fuerza gravitacional, encontramos dos ecuaciones diferentesque podían ser usadas.
o ; donde
Es fácil ver que ambas ecuaciones significan lo mismo, es sólo que en el Segundo par de ecuaciones hemos separado a la primera ecuación en dos partes: la primera representa la fuerza debido al campo gravitacional, mg, mientras que la segunda nos dice cómo calcular el campo gravitacional en esa ubicación, GM/r2. A continuación verás cómo puedes obtener laprimera ecuación a partir del segundo par de ecuaciones.
donde de manera que podemos sustituir por g.
reorganizando el resultado obtienes la primera ecuación.
No hay ningún concepto NUEVO involucrado; es sólo una manera diferente de ver lo mismo. En el primer caso, , las dos masas, “m” y “M” están interactuando directamente. En el Segundo caso, la masa“M” crea un campo gravitacional dado por,, y la segunda masa, “m” interactúa con ese campo.
Es más simple pensarlo de esa manera. Por ejemplo, una vez que calculas que g para la tierra es 9.8 m/s2, sólo tiene que multiplicarlo por cualquier masa para obtener la fuerza gravitacional, la que es el peso del objeto cerca de la tierra. Es mucho más simple que volver a la ecuación cada vez ysubstituir por el radio y la masa de la tierra para obtener el peso de un objeto.
Exactamente el mismo enfoque funciona para la relación entre fuerza eléctrica y campo eléctrico. Podemos separar la ecuación para fuerza eléctrica en dos ecuaciones; una nos dice la fuerza sobre una carga debido a un campo eléctrico, mientras que la segunda nos dice cómo calcular el campo creado por una carga puntual.o , donde
E es el símbolo para campo eléctrico. Dado que fuerza es un vector y q es un escalar, eso significa que el campo eléctrico debe ser un vector; por lo que tiene tanto magnitud como dirección. Su magnitud es dada por la ecuación anterior, pero su dirección debe ser definida. En el caso de la gravedad, era fácil; todas las masas son atraídas unas a las otras por lo que el campogravitacional siempre apunta hacia la masa que lo creó; es la dirección hacia la que cualquier otra masa caería si fuera colocada en esa ubicación.
Unidades de E, el Campo Eléctrico
; entonces eso significa que
Las unidades de E deben por lo tanto ser Newtons / Coulomb (N/C)
No existe una unidad especial para campo eléctrico.
Existen cargas eléctricas positivas y negativas, por lo tantonecesitamos definir la dirección del campo eléctrico arbitrariamente. Se decidió definir la dirección del campo eléctrico como la dirección en que una carga de prueba positiva aceleraría si fuera colocada en esa locación en el espacio. Si colocaras una carga de prueba negativa en esa ubicación, ésta se movería en dirección opuesta. Esto significa que las cargas positivas, por definición, caenen la dirección del campo eléctrico y las cargas negativas se mueven en la dirección opuesta.
____________________________________________________________
Ejemplo 1
Una carga positiva de 25 mC está ubicada en el origen, x=0. ¿Cuál es el campo eléctrico generado por esa carga en las siguientes ubicaciones: a) x = -2m; b) x = +2m; and c) x = +4m?
a) Primero necesitamos calcular la magnituddel campo en x = -2m.
La dirección del campo es aquella en la que se movería una carga positiva si fuera colocada en esa locación. Dado que una carga de prueba positiva se alejaría de una carga 25 mC colocada en el origen, eso significa que se movería hacia la izquierda ya que esa es la dirección alejándose del origen para una locación del eje negativo x. La respuesta entonces...
Campo Eléctrico
La idea de campo eléctrico es una idea muy importante y útil a la vez que fácil de comprender. Basta con mirar lo que ya hemos estudiado con respecto a la gravedad, y ver cómo se ha desarrollado la idea de campo gravitacional.
Cuando resolvimos problemas con fuerza gravitacional, encontramos dos ecuaciones diferentesque podían ser usadas.
o ; donde
Es fácil ver que ambas ecuaciones significan lo mismo, es sólo que en el Segundo par de ecuaciones hemos separado a la primera ecuación en dos partes: la primera representa la fuerza debido al campo gravitacional, mg, mientras que la segunda nos dice cómo calcular el campo gravitacional en esa ubicación, GM/r2. A continuación verás cómo puedes obtener laprimera ecuación a partir del segundo par de ecuaciones.
donde de manera que podemos sustituir por g.
reorganizando el resultado obtienes la primera ecuación.
No hay ningún concepto NUEVO involucrado; es sólo una manera diferente de ver lo mismo. En el primer caso, , las dos masas, “m” y “M” están interactuando directamente. En el Segundo caso, la masa“M” crea un campo gravitacional dado por,, y la segunda masa, “m” interactúa con ese campo.
Es más simple pensarlo de esa manera. Por ejemplo, una vez que calculas que g para la tierra es 9.8 m/s2, sólo tiene que multiplicarlo por cualquier masa para obtener la fuerza gravitacional, la que es el peso del objeto cerca de la tierra. Es mucho más simple que volver a la ecuación cada vez ysubstituir por el radio y la masa de la tierra para obtener el peso de un objeto.
Exactamente el mismo enfoque funciona para la relación entre fuerza eléctrica y campo eléctrico. Podemos separar la ecuación para fuerza eléctrica en dos ecuaciones; una nos dice la fuerza sobre una carga debido a un campo eléctrico, mientras que la segunda nos dice cómo calcular el campo creado por una carga puntual.o , donde
E es el símbolo para campo eléctrico. Dado que fuerza es un vector y q es un escalar, eso significa que el campo eléctrico debe ser un vector; por lo que tiene tanto magnitud como dirección. Su magnitud es dada por la ecuación anterior, pero su dirección debe ser definida. En el caso de la gravedad, era fácil; todas las masas son atraídas unas a las otras por lo que el campogravitacional siempre apunta hacia la masa que lo creó; es la dirección hacia la que cualquier otra masa caería si fuera colocada en esa ubicación.
Unidades de E, el Campo Eléctrico
; entonces eso significa que
Las unidades de E deben por lo tanto ser Newtons / Coulomb (N/C)
No existe una unidad especial para campo eléctrico.
Existen cargas eléctricas positivas y negativas, por lo tantonecesitamos definir la dirección del campo eléctrico arbitrariamente. Se decidió definir la dirección del campo eléctrico como la dirección en que una carga de prueba positiva aceleraría si fuera colocada en esa locación en el espacio. Si colocaras una carga de prueba negativa en esa ubicación, ésta se movería en dirección opuesta. Esto significa que las cargas positivas, por definición, caenen la dirección del campo eléctrico y las cargas negativas se mueven en la dirección opuesta.
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Ejemplo 1
Una carga positiva de 25 mC está ubicada en el origen, x=0. ¿Cuál es el campo eléctrico generado por esa carga en las siguientes ubicaciones: a) x = -2m; b) x = +2m; and c) x = +4m?
a) Primero necesitamos calcular la magnituddel campo en x = -2m.
La dirección del campo es aquella en la que se movería una carga positiva si fuera colocada en esa locación. Dado que una carga de prueba positiva se alejaría de una carga 25 mC colocada en el origen, eso significa que se movería hacia la izquierda ya que esa es la dirección alejándose del origen para una locación del eje negativo x. La respuesta entonces...
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